维氏硬度试验的基本原理与布氏硬度试验相同，都是根据压痕单位面积上所受的平均试验力（载荷）得出硬度值，不同的是，维氏硬度的压头是两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石，如图1-8所示。
图1-8 维氏硬度试验原理示意图
维氏硬度试验设备是维氏硬度计。试验时，根据试样大小、厚薄选用5～120kgf（49.05～1177.2N）试验力，将压头压入试样表面（试样表面粗糙度≤0.2μm），保持一定时间后去除试验力，用附在维氏硬度计上的测微计测量压痕对角线长度 d 1 和 d 2 ，求其平均值，然后通过查表（GB/T 4340.1—2009附表）得出或根据下式计算维氏硬度值。
维氏硬度用符号HV表示。
式中 A ——压痕的面积，mm 2 ；
d ——压痕对角线长度 d 1 和 d 2 的算术平均值，mm；
F ——试验力，N。
根据国家标准（GB/T 4340.1—2009）规定，维氏硬度的表示方法为在维氏硬度符号HV前面写出硬度值，HV后面依次用相应数字注明试验力和保持时间（10～15s不标）。例如“640HV30/20”，表示在30×9.8N试验力作用下，保持20s测得的维氏硬度值为640。维氏硬度试验法的压痕深度浅，轮廓清晰，对角线测量准确，重复性好，测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（上千个维氏硬度单位）都可测量。维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，就可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内，具有一个统一的标尺。这一点优越于洛氏硬度试验。但维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的粗糙度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，一般只在实验室中使用。
维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面小负荷硬度试验，适用于测量小型精密零件的硬度、表面硬化层硬度和有效硬化层深度、镀层的表面硬度、薄片材料和细线材的硬度、刀刃附近的硬度等。